на совместных заседаниях кафедры водного хозяйства и инженерной экологии Читинского государственного университета и Восточного филиала РосНИИВХа (1999-2009 гг.);
на координационном совещании городского Комитета по экологии (Чита, 1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 57 научных работ, среди которых 7 коллективных монографий и 1 авторская; 7 работ опубликованы в рецензируемых изданиях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 492 источника, из которых 47 на иностранных языках, приложения. Работа изложена на 405 страницах, иллюстрирована 62 рисунками, 55 таблицами.
Благодарности. Автор искренне благодарит коллективы, в которых пришлось совместно работать в разные годы: коллектив Забайкальской комплексной экспедиции Лимнологического института СО АН СССР (руководитель д-р пед. наук Горлачев В.П.), коллектив лаборатории водных экосистем (зав. лаб. в разные годы: д-р биол. наук Локоть Л.И., канд. биол. наук Итигилова М.Ц.) и коллектив лаборатории биоресурсов (зав. лаб. д-р геогр. наук Котельников А.М., канд. биол. наук Макаров В.П.) Читинского института природных ресурсов, экологии и криологии РАН, коллектив кафедры водного хозяйства и инженерной экологии Читинского государственного университета и лично зав. кафедрой засл. мелиоратора России, проф., д-ра техн. наук В.Н. Заслоновского (особенно за помощь при написании 7-й главы). А также коллектив лаборатории гидробиологии ГосНИИОРХа (г. Санкт-Петербург) (зав. лаб. канд. биол. наук Суслопарова О.Н.). Доц. каф. ВХиИЭ ЧитГУ, канд. техн. наук Курганович К.А., ст. преп. Босова М.А., специалиста по УМР Галаеву Е.О. за помощь в оформлении диссертации.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ РЕГИОНА И ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Специфика физико-географических условий Восточного Забайкалья (административно - это Забайкальский край, (Энцикл-я Заб-я, 2000) определяется значительными размерами территории (431,5 тыс. км2), расположенной в поясе умеренных широт в глубине обширного материка, различной удаленностью от океанов. Через территорию Восточного Забайкалья проходит главный водораздел Земли, разграничивающий бассейны Тихоокеанско-Индийского и Атлантико-Ледовитого склонов. Здесь располагаются водосборные бассейны оз. Байкала, рек Лены и Амура, а также бессточная область (рис.1).
Рис.1. Распределение территории Восточного Забайкалья (Забайкальского края) по бассейнам и исследованные водные экосистемы
Удаленность территории от океанов обуславливает резко-континентальный климат (на юге дополнительно аридный), имеющий следующие характерные особенности: 1) большие суточные и годовые (940С) амплитуды температуры воздуха (средняя за год температура воздуха повсеместно имеет отрицательные значения от (-0,7оС) до (-2,5оС); 2) резкие различия в количестве выпадающих осадков в межгорных понижениях и на хребтах (200…700 мм год); 3) неравномерное распределение осадков по сезонам года: в холодный сезон выпадает всего 5…10%, в теплый - 90…95% годовой суммы осадков, из которых 40…45% приходится на июль и август (отсюда частые наводнения); 4) большая сухость воздуха и безветрие в котловинах; 5) значительная относительная влажность воздуха, ветры в высокогорьях; 6) большая продолжительность солнечного сияния (2618 час.); 7) интенсивность и контрастность радиационного режима (на севере 80…85, в центре 100…110, на юге 120 ккал/см2год); 8) преобладание северо-западных ветров (Жуков, 1965; Кулаков, 2000).
Зима в исследуемом регионе продолжительная, сухая, очень холодная, с большим количеством солнечных дней. Средняя январская температура - около (-25оС), минимальная - (-55оС). Лето короткое, но теплое; сухое в начале и дождливое во второй половине. Средняя температура в июле 18-20оС, максимальная достигает 40оС.
Большое простирание территории с севера на юг обусловило расположение в нем природных территориальных комплексов: зональные - зоны горной тайги (или горно-таёжная зона), лесостепи (лесостепная зона), степи (степная) и азональные - горные.
Объектом исследования в предлагаемой работе являются растительные планктонные сообщества 25 озёр, двух водохранилищ и четырех рек. В горно-таёжной зоне на севере Восточного Забайкалья расположены ледниково-моренные озёра Байкальской рифтовой зоны Большое* и Малое Леприндо. Это глубокие, термически стратифицированные, проточные озёра с мягкой водой желтовато-коричневого оттенка, обусловленного присутствием органических веществ гумусового происхождения.
В лесостепной зоне с пологим горным рельефом располагаются: группа Ивано-Арахлейских озер, пойменные озёра р. Шилка (Долгое, Длинное, Кружало, Китайское, Корчажное), оз. Кенон. Ивано-Арахлейские озера находятся на юге Витимского плоскогорья в широкой тектонической впадине (Беклемишевской). Озера Иван*, Галунда имеют сток в систему реки Лены (через реки Холой и Конду), озера Арахлей*, Шакша*, Иргень*, Белое, Былое, Карасевое, Болванка, Гусиное, Дедулино входят в систему оз. Байкал (через р. Хилок). Большие озера данной группы проточные с мягкой пресной водой (звездочкой отмечены большие озёра с площадью более 10 км2). Озёра с площадью менее 10 км2 относили к малым озёрам (Иванов, 1948; Грицевская, 1965). Озеро Кенон* - бессточный естественный водоем, расположенный в черте г. Чита, служащий водоемом-охладителем ТЭС. С целью регулирования уровня производится подкачка воды из р. Ингоды, вследствие этого его в настоящем относят к бассейну р. Шилки (Верхнеамурский бассейн). На оз. Кенон имеется незамерзающая полынья в месте поступления подогретых вод ТЭС и по их распространению. Она имеет наименьшую площадь сразу после ледостава, затем постоянно увеличивается, хотя температура воздуха по ходу зимы понижается (Вологдин, 1973).
В степной зоне на Улдза-Торейской бессточной равнине на юге Восточного Забайкалья у границы с МНР располагается Торейская группа озер. Здесь преобладают соленые и горько-соленые озера с очень изменчивым водным режимом и степенью минерализации. Озера Барун-Торей* и Зун-Торей* - крупнейшие эфемерные озера аридной зоны с высоким коэффициентом открытости, расположенные во впадине огромного древнего водоема, в период дождей опресняются и значительно увеличивают свою площадь. Оз. Баин-Цаган - расположено у кромки реликтового соснового бора; Баин-Булак и Цаган-Нор - типичные степные водоемы.
Котловины указанных озер имеют плоское дно (за исключением северных озер), округлые или овальные очертания со слабо развитой береговой линией. Источником питания всех озер являются: поверхностный сток, осадки, подземные воды. По среднемноголетним данным площадь исследованных озер колеблется от 0,02 до 580 км2, максимальная глубина - от 1,4 до 67 м и средняя от 1,2 до 40 м. Мелководность озер в сочетании с большими площадями обуславливает высокие коэффициенты их открытости (от 0,11 до 290) и определяет большую роль ветрового фактора в жизни гидробионтов: интенсивные продольные ветровые течения, турбулентность, мутность, постоянное поступление веществ из донных отложений. Ветровые течения имеют большую выраженность в степных районах.
В Восточном Забайкалье имеются два искусственных водохранилища наливного типа: Краснокаменское* и Харанорское, расположенные в степной зоне, в обоих из них изучались водоросли. По мнению О.М. Кожовой Краснокаменское вдхр. является типичным водоёмом озерного типа с замедленным водообменом (1985). Поддержание водного баланса Краснокаменского вдхр. обязано перекачке вод р. Аргунь, Харанорского - р. Онон в естественные, отчлененные дамбой долины.
Температурный режим озер и водохранилищ определяется климатом и их морфометрией. Летом они значительно прогреваются, зимой бывает длительный ледостав. Продолжительность подледного периода составляет 7…7,5 месяцев. Значительной длительности ледостава соответствует и большая толщина льда: 140…180 см. Мелководные озера иногда промерзают до дна. С ноября по март в озёрах наблюдается обратная температурная стратификация вод, в марте - апреле устанавливается гомотермия. Заслуживает внимания относительно высокая зимняя температура некоторых озер, особенно мелководных, приближающаяся в конце зимы к 40.
Для озерных вод края широтная зональность выражена более четко, чем для речных. По ионному составу воды Большое и Малое Леприндо и Ивано-Арахлейских озер, по классификации О.А. Алекина (1970), относятся к гидрокарбонатному классу группе кальция (Кожов, 1950; Иванов, Саункина, 1978); По данным Т.А. Стрижовой (1991, 1998) в оз. Кенон произошла смена класса вод от гидрокарбонатно-натриевого к сульфатно-натриевому, повлекшая снижение рН. Тип озерных вод Барун-Торея, Зун-Торея, Баин-Цагана, Цаган-Нора - гидрокарбонатно-хлоридно-натриевый, отчетливо выражен содовый тип и принадлежность к содово-галитному подтипу; лишь в июле в оз. Барун-Торей подтип вод менялся на содово-сульфатный. Гидрохимический тип оз. Баин-Булак носил в 1986 г. промежуточный характер: состав вод - гидрокарбонатно-хлоридный или гидрокарбонатный натриево-магниевого типа, подтип вод был устойчивый - содово-галитный.
Воды озер лесостепной и степной зон имеют щелочную реакцию и являются умеренно жесткими. Озера горнотаёжной зоны - слабо кислые. Минерализация исследованных озер изменялась от 0,46 до 7,90 г/л. Все озера горнотаёжной и лесостепной зон - пресные, степной зоны - миксогалинные, причем Барун-Торей и Цаган-Нор - олигогалинные, Зун-Торей, Баин-Булак и Баин-Цаган - мезогалинные.
Для водоемов Забайкалья характерны изменения уровня с длительностью цикла 25…26 и 9…10 лет (Шишкин,1972). По этой причине озера степной зоны имеют переменный состав вод: в маловодные годы они соленые и опресняются в многоводный период и дождливое время (Гидрология СССР, 1969; Иванов, 1977).
Все исследованные нами реки относятся к Верхне-Амурскому бассейну. По классификации рек Огиевского они относятся к средним и большим рекам: Ингода - 708 км, Шилка - 560, Аргунь - 1620, Амур - 2824 (на территории региона находится верхнее течение реки - 46 км). Средний расход воды - 123, 550, 340, 10300 м3/с, соответственно. Полностью на территории края находятся реки Ингода и Шилка. Одна из характеных особенностей рек Восточного Забайкалья - катострофические дождевые паводки. Формируясь в период интенсивных дождей, они достигают разрушительной силы. Уровень воды повышается на 3…5 м, а на некоторых реках - на 8…11 м. Минерализация речных вод Восточного Забайкалья изменяется по территории в соответствии с ландшафтом. В таежной зоне Ингоды и других рек концентрация растворенных в воде веществ не превышает обычно 100 мг/л. Более минерализованы (до 300 мг/л) воды рек Ингоды (нижнее течение), Шилки. Повышенная минерализация (до 500 мг/л) характерна для Онон-Аргунского междуречья (р. Аргунь). Наибольшая минерализация (выше 500 мг/л) отмечается в степной зоне. Высоких значений (до 600…800 мг/л) минерализация достигает в устье р. Читы, что связано со сбросом сточных вод городских очистных сооружений (СЭС, 1985; ГЭС, 1989; Энцикл.Заб-я, 2000).
растительный планктонный водорослевый сезонный
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалом настоящей работы послужили результаты полевых наблюдений, выполненных автором за 30-летний период (1975…2005гг.) на водоёмах и водотоках Восточного Забайкалья.
Сбор и обработка материала осуществлялись по унифицированным, принятым в альгологии методикам. Количественные пробы фитопланктона отбирались батометрами Молчанова или Жуковского. Для фиксации проб использовался формалин (10 мл 40-процентного формалина на 0,5 л. воды). При обработке применялся осадочный метод концентрации проб (Усачев, 1961; Киселев, 1956, 1969). Для учета численности водорослей применялась счетная камера Нажотта (0,02 мл); Для получения статистической достоверности верхний предел численности, подсчитываемых в пробе организмов, определён на уровне 1000 экземпляров, нижний - 100 (Кузьмин, 1975; Кожова, Мельник, 1978). Для получения репрезентативных данных просчитывалась каждая пятая полоса камеры, проба в камере просчитывалась не менее трех раз (Лаврентьева, Бульон, 1984). Признавая статус цианей (Cyanophyta) как прокариот, мы придерживались традиционной классификации водорослей (Забелина, Киселев, Прошкина-Лавренко, 1951; Голлербах, Косинская, Полянский, 1953; Коршиков, 1953; Матвиенко, 1954; Киселев, 1954; Дедусенко-Щеголева, Голлербах, Шкорбатов, 1959; Дедусенко-Щеголева, Голлербах, 1962; Попова, 1966; Комаренко, Васильева, 1975, 1978; Huber-Pestalozzi G., 1938-1955;). Биомассу вычисляли объемным методом, удельный вес принимали за единицу (Киселев, 1969). В настоящей работе численность и биомасса фитопланктона приводятся как средневзвешенные для столба воды. При расчетах принималось, что 109 мкм3 соответствует 1 мг сырой биомассы (Гусева, 1956, 1959; Strickland, 1960; Kristiansen J., Mathisen M., 1964; Киселев, 1969).
Анализ материала проводился следующим образом: флористический - с привлечением коэффициентов общности видового состава Сёренсена (Sorensen, 1948), фитогеографическое распространение и биоценотическая принадлежность водорослей идентифицировались по работам Г.В. Кузьмина, В.Г. Девяткина (1975), Г.В. Кузьмина (1976), Унифицированные методы (1977 а, б), Баринова и др. (2000); анализ отношения водорослей к солености проводился по системе галобов, разработанной Кольбе (Kolbe, 1927) и дополненной А.И. Прошкиной-Лавренко (1953), А.И. Киселевым (1969); оценка сапробности водорослей проводилась по спискам А.В. Макрушина (1974), В. Сладечека (Унифицированные методы..., 1977 а, б); экологический анализ сообщества - по индексу общего разнообразия Шеннона (Одум, 1986).
Первичная продукция и деструкция органического вещества определялись скляночным методом в кислородной модификации (Винберг, 1934, 1960; Киселев, 1969; Пырина, 1975; Федоров, 1979; Бульон, 1983; Лаврентьева, Бульон, 1984). Кислород определяли по Винклеру (Алекин, 1970). Энергетический эквивалент кислорода принят равным 3,5 ккал/мг, 1 г органического углерода - 9,36 ккал (Романенко, Кузнецов, 1974). Хлорофилл определяли спектрофотометрическим методом с экстрагированием фильтров в 90-процентном ацетоне (ЮНЕСКО, 1966; Сиренко и др., 1983).
Принятые в работе обозначения приводятся согласно методическим руководствам по МБП: В - биомасса фитопланктона, N - его численность, А - валовая, Р - чистая первичная продукция, R - деструкция (Wollenweider et al., 1969).
Материалом для диссертации послужили около 2000 количественных проб фитопланктона, более 350 экспозиций на определение первичной продукции и деструкции органического вещества, более 150 проб на определение содержания хлорофилла в исследуемых водных экосистемах (Оглы, 1976…2009).
Достоверность результатов подтверждается большим количеством материала, применением унифицированных методик и расчетом коэффициента статистической достоверности Стьюдента, по которому значения от 0,57 до 0,70 рассматривались, как «слабая тенденция», от 0,70 до 0,95 - «тенденция», 0,95 и выше - как закономерность.
Статистическая обработка материала произведена на персональном компьютере с применением программ Exсеl, Статистика, SPCC.
Обзор состояния изученности водорослей в водных экосистемах Восточного Забайкалья.
В данной главе приводится обзор изученности водорослевых сообществ в Восточном Забайкалье. Отмечается, что до середины 60-х годов исследования в Забайкалье осуществлялись эпизодически как рекогносцировочные обследования крупных озер и рек (Стрижова, Оглы и др., 1991; Оглы, 1998, 1999).